Аппаратура управления и защиты линий высокого напряжения

Давайте рассмотрим, как защищаются линии электропередач (впрочем, как и промышленные электросети высокого напряжения) от коротких замыканий.

Д ля защиты от коротких замыканий линий высокого напряжения применяются трубчатые предохранители различных конструкций (рис.25), в которых плавящаяся проволока помещена в фарфоровую трубку и имеет значительную длину. Трубка не дает

разбрызгиваться расплавленному металлу, а электрическая дуга, образующаяся при плавлении проволоки внутри трубки, быстро разрывается благодаря тяге воздуха в трубке.

Примечание.1. Отключение электрической цепи обычно не может быть мгновенным. При разрыве цепи тока неизбежно возникновение большей или меньшей ЭДС самоиндукции. Под действием этой ЭДС совместно с напряжением сети промежуток между расходящимися контактами пробивается и возникает электрическая дуга. Высокая температура последней может вызвать быстрое разрушение или сваривание контактов. Особенно опасно действие дуги в аппаратах высокого напряжения при отключениях токов короткого замыкания. Именно поэтому трубочные предохранители имеют значительную длину.

Вы уже знаете, что наряду с коротким замыканием другой причиной превышения температуры в цепи являются длительные перегрузки ее элементов, за счет, например, режима больших токов, превышающих номинальные токи для этих элементов.

Поэтому провода электрических линий передач должны быть надежно защищены от превышения температуры при коротких замыканиях и длительных перегрузках. Устанавливать только предохранители в таких цепях не достаточно. Зачастую необходимо очень быстрое отключение поврежденного участка даже при отсутствии короткого замыкания.

Наилучшую защиту от длительных перегрузок линий электропередач выполняют автоматические воздушные выключатели.

Наиболее распространенным автоматическим воздушным выключателем является выключатель максимального тока (рис.26). Если ток в защищаемой цепи достигает предельного значения, катушка К втягивает стальной сердечник С и защелка освобождает пружину П: последняя разрывает контакты А цепи.

Примечание2. Автоматические выключатели максимального тока применяются и в осветительных сетях жилых помещений вместо предохранителей с плавкой вставкой. Обратное включение выключателя производится вручную. Точность настройки выключателя на определенный предельный ток несравненно выше, чем при защите предохранителями с плавкими вставками, и в этом заключается одно из важнейших его преимуществ.

Примечание 3. Отключение цепей переменного тока существенно упрощается, так как переменный ток периодически проходит через нулевое значение, что приводит к гашению дуги.

Значительно труднее отключение цепей постоянного тока высокого напряжения. Выключатели для этого тока должны быть рассчитаны на поглощение весьма значительной энергии, выделяющейся при длительном горении дуги постоянного тока.

Учет потери электрической энергии в проводах

При распространении электроэнергии от источника к потребителю часть энергии теряется в проводах линий электропередач. Оказывается, что при этом напряжение на зажимах потребителя становится меньше напряжения на зажимах источника . Разность этих напряжений называют потерей напряжения.

Действительно, в проводах возникает падение напряжения, пропорциональное их сопротивлению и току, текущему в линии.

При заданном напряжении источника от потери напряжения в проводах линии зависит напряжение на зажимах потребителя, поэтому значение потери напряжения строго регламентируется.

В линиях, по которым осуществляется питание силовой нагрузки, допускается потеря напряжения, не превышающая 6% от номинального напряжения потребителя.

В осветительных сетях допускается потеря напряжения не более 2,5%. В зависимости от конкретных условий могут быть установлены и другие предельные значения потери напряжения.

Несоблюдение норм потери напряжения приводит к нарушению работы потребителей, уменьшению пусковых и вращающих моментов двигателей, изменению светового потока осветительных установок. Например, при уменьшении напряжения на 10% световой поток ламп накаливания уменьшается на треть. Незначительное превышение напряжения относительно номинального приводит к резкому сокращению срока службы ламп накаливания.

Р ассмотрим, как определяется потеря напряжения для цепей постоянного тока. Для цепи постоянного тока по закону Кирхгофа запишем (рис.27):

, (26)

где произведение тока, текущего по проводам, на их омическое сопротивление есть падение напряжения на проводах и представляет собой потерю напряжения :

Теперь поставим задачу: по допустимой потере напряжения определить соответствующее сечение провода.

Как вы помните, сопротивление провода пропорционально его длине и обратно пропорционально площади поперечного сечения и удельной проводимости :

, (27)

где двойка введена из-за того, что линия двухпроводная.

Например, для меди , для алюминия .

Из равенств (26) и (27) получим

, (28)

где учтено, что мощность , соответствующая потребителю, в режиме постоянного тока равна . Часто выражают в процентах по отношению к . Тогда (28) принимает вид:

, (29)

где выражено в процентах.

Из формулы (29) следует, что если мы заинтересованы в экономии материала проводов при использовании их в сетях постоянного тока, то целесообразно увеличивать номинальное напряжение потребителя, а, следовательно, и номинальное напряжение источника.

Кроме того, уменьшению величины также способствует использование материалов с повышенной удельной электропроводностью .

Пример. Пусть необходимо определить площадь сечения медных проводов линии постоянного тока напряжением при условии, что длина линии , передаваемая мощность , а допустимая потеря напряжения составляет 5%.

Для нахождения используем формулу (25):

.